JP5239835B2 - 光導波路及び光導波路型タッチパネル - Google Patents

光導波路及び光導波路型タッチパネル Download PDF

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Description

本発明は、光導波路及び光導波路型タッチパネルに関する。
従来、タッチパネルとして光導波路を用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載されたタッチパネルは、複数の光ファイバを平行に配列したシートをx方向用とy方向用の2枚重ね、各光ファイバの一方の端部に発光素子をそれぞれ配置し、各光ファイバの他方の端部に光を入射する発光素子を配置したものである。このタッチパネルによれば、シートの表面を押圧すると、光ファイバの曲げ損失により受光素子によるモニタ光量が減少し、これにより押圧位置を検出することができる。
特開2005−107804号公報
本発明の目的は、コアのそれぞれに対応した光源を用いなくても、本構成を有しない場合に比べて、押圧位置の検出にとってノイズとなる光を低減することが可能になり、タッチパネルに利用することができる光導波路及び光導波路型タッチパネルを提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光導波路及び光導波路型タッチパネルを提供する。
[1]押圧される面を有する板状のクラッドと、前記クラッド内に設けられた複数の第1のコアと、前記クラッド内の前記第1のコアとは異なる層に、前記押圧される面から見て前記第1のコアと交差するように設けられた複数の第2のコアと、前記複数の第1のコアのそれぞれの一方の端部に設けられ、前記クラッドの前記押圧される面と反対の面側から照射された光を反射して前記第1のコアを伝播させる第1の反射面と、前記複数の第2のコアのそれぞれの一方の端部に設けられ、前記クラッドの前記押圧される面と反対の面側から照射された光を反射して前記第2のコアを伝播させる第2の反射面と、前記第1の反射面で反射した光のうち、前記第1のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第1のコアの軸方向と異なる方向に反射する第3の反射面と、前記第2の反射面で反射した光のうち、前記第2のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第2コアの軸方向と異なる方向に反射する第4の反射面と、
を備えた光導波路。
[2]硬度Hsが40以下で、開口数が0.01〜0.2である前記[1]に記載の光導波路。
[3]押圧される面を有する板状のクラッドと、前記クラッド内に設けられた複数の第1のコアと、前記クラッド内の前記第1のコアとは異なる層に、前記押圧される面から見て前記第1のコアと交差するように設けられた複数の第2のコアとを有する光導波路と、前記光導波路の前記押圧される面と反対の面側に配置された液晶パネルと、前記液晶パネルを介して前記光導波路に光を照射する光源と、前記光導波路の前記複数の第1及び第2のコアの一方の端部側にそれぞれ配置された複数の第1及び第2の受光素子と、前記複数の第1のコアの他方の端部に設けられ、前記光源からの光を反射して前記複数の第1のコアを伝播させて前記複数の第1の受光素子に入射させる第1の反射面と、前記複数の第2のコアの他方の端部に設けられ、前記光源からの光を反射して前記複数の第2のコアを伝播させて前記複数の第2の受光素子に入射させる第2の反射面と、前記第1の反射面で反射した光のうち、前記第1のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第1のコアの軸方向と異なる方向に反射する第3の反射面と、前記第2の反射面で反射した光のうち、前記第2のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第2コアの軸方向と異なる方向に反射する第4の反射面と、前記複数の第1及び第2の受光素子の出力信号に基づいて、前記光導波路の前記押圧される面への部分的な押圧によって前記第1及び第2のコアの変形した位置を検出する検出部と、を備えた光導波路型タッチパネル。
[4]前記光導波路の硬度Hsが40以下で、開口数が0.01〜0.2である前記[3]に記載の光導波路型タッチパネル。
請求項1に記載の発明によれば、コアのそれぞれに対応した光源を用いなくても、本構成を有しない場合に比べて、押圧位置の検出にとってノイズとなる光を低減することが可能になり、タッチパネルに利用することができる光導波路を提供できる。
請求項2に記載された発明によれば、タッチパネルに用いたときに、本構成を有しない場合に比べて感度がよくなるような、光導波路を提供できる。
請求項3に記載の発明によれば、コアのそれぞれに対応した光源を用いなくても、本構成を有しない場合に比べて、押圧位置の検出にとってノイズとなる光を低減することが可能になる光導波路型タッチパネルを提供できる。
請求項4に記載された発明によれば、本構成を有しない場合に比べて感度がよくなるような光導波路型タッチパネルを提供できる。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る光導波路型タッチパネルの概略の構成を示す斜視図である。なお、同図では、反射面の図示を省略している。
この光導波路型タッチパネル1は、押圧される面(表面)2aを有する板状のクラッド21内の異なる層に互いに交差するように設けられた複数の第1及び第2のコア20A,20Bを有する光導波路2と、光導波路2の裏面2b側に配置されたディスプレイ3と、光導波路2の複数の第1及び第2のコア20A,20Bの一方の端部側にそれぞれ配置された複数の第1及び第2の受光素子4A,4Bとを備える。
ディスプレイ3は、画像を表示する液晶パネル30と、液晶パネル30を背面側から照明するバックライト31とを備える。
(光導波路の構成)
光導波路2のコア20A,20Bとクラッド21のそれぞれの屈折率によって定まる開口数は、押圧したときのコア20A,20Bの変形で伝播光を漏出しやすくするため、0.01〜0.2、好ましくは0.01〜0.1とする。
光導波路2は、コア20A,20Bを変形しやすくするため、JIS K 6301で規定された硬度でHs40以下、より好ましくはHs20以下の柔軟性を有する。そのためにコア20A,20B及びクラッド21は、例えば、エポキシ樹脂等の高分子材料から形成される。
図2は、光導波路型タッチパネル1の平面図、図3は、図2のA−A線断面図、図4は、図2のB−B線断面図である。
光導波路2は、図2及び図3に示すように、複数の第1のコア20Aの第1の受光素子4Aと反対側の端部に設けられ、バックライト31からの光を反射して複数の第1のコア20Aを伝播させて各第1の受光素子4Aに入射させる複数の第1の反射面22Aと、複数の第1の反射面22Aで反射した光のうち、第1のコア20Aを外れてクラッド21を伝播する光を第1のコア20Aの軸方向と異なる方向、例えば上方に反射する第3の反射面23Aとを備える。光路変換面としての第1及び第3の反射面22A,23Aには、安定した光路変換を確保するため、金属膜24,25が形成されている。金属膜24,25の材料は、光の反射率が高い銀,銀合金等が好ましい。
また、光導波路2は、図2及び図4に示すように、複数の第2のコア20Bの第2の受光素子4Bと反対側の端部に設けられ、バックライト31からの光を反射して複数の第2のコア20Bを伝播させて各第2の受光素子4Bに入射させる複数の第2の反射面22Bと、複数の第2の反射面22Bで反射した光のうち、第2のコア20Bを外れてクラッド21を伝播する光を第2コア20Bの軸方向と異なる方向、例えば上方に反射する第4の反射面23Bとを備える。光路変換面としての第2及び第4の反射面22B,23Bには、安定した光路変換を確保するため、銀,銀合金等からなる金属膜24,25が形成されている。
第1乃至第4の反射面22A,22B,23A,23Bの傾斜角度は、バックライト31からの光を効率良くコア20A,20Bに導入するため、コア20A,20Bの軸方向に対して45°が望ましいが、バックライト31から発せられる光が拡散光であることや、コア20A,20Bに閉じ込め可能な開口数NAから、45±5°程度であればよい。
図5は、光導波路型タッチパネル1の制御系を示すブロック図である。光導波路型タッチパネル1は、本タッチパネル1の各部を制御する制御部10を有し、この制御部10に、第1の受光素子4Aの出力信号に基づいて、第1のコア20Aの軸方向の押圧位置を検出する第1の位置検出部11Aと、第2の受光素子4Bの出力信号に基づいて、第2のコア20Bの軸方向の押圧位置を検出する第2の位置検出部11Bと、画像データ等を記憶する記憶部12と、液晶パネル30及びバックライト31を駆動するパネル駆動部13とを接続している。第1及び第2の位置検出部11A,11Bと制御部10は、押圧される面2aへの部分的な押圧によって第1及び第2のコア20A、20Bの変形した位置を押圧位置として検出する検出部を構成する。
第1及び第2の位置検出部11A,11Bは、受光素子4A,4Bが出力する電気信号のレベルが閾値未満のとき、その受光素子4A,4Bに対応するコア20A,20Bの位置を検出し、位置検出信号を制御部10に出力する。
制御部10は、第1及び第2の位置検出部11A,11Bからの位置検出信号に基づいて、各位置検出部11A,11Bが検出したコア20A,20Bが交差する位置を押圧位置として検出する。
(光導波路の製造方法)
図6は、光導波路2の製造工程の一例を示し、(a1)〜(e1)は、平面図、(a2)〜(c2)は、(a1)〜(c1)のC−C線断面図、(d2)及び(e2)は、(d1)及び(e1)のD−D線断面図である。
まず、図6(a1)、(a2)に示すように、第1のクラッド層201A上にコア層200を形成し、コア層200上に第2のクラッド層201Bを形成する。これらの3層200,201A,201Bは、例えば、基板上にスピンコート、ディッピング、塗膜等の手段を繰返し行って形成する。塗膜による層の積層は、生産性が高い連続形成が可能となる点で好ましい。
次に、図6(b1)、(b2)に示すように、先端角が45°のダイシングブレード50により、第2のクラッド層201B及びコア層200の一方の辺2cの近傍に辺2cに平行に傾斜面と垂直面で構成された第1の溝202を形成し、第2のクラッド層201Bの第1の溝202よりも内側に第1の溝202に平行に傾斜面と垂直面で構成された第2の溝203を形成する。なお、第1及び第2の溝202,203は、V溝でもよい。
次に、図6(c1)、(c2)に示すように、第2のクラッド層201Bの表面にマスクを密着させ、着膜装置を用いて第1及び第2の溝202,203の傾斜面に金属膜204,205を着膜する。着膜は、3層200,201A,201Bを傷めなければ、蒸着、スパッタリング等、特に制限はない。
次に、図6(d1)、(d2)に示すように、第2のクラッド層201B及びコア層200に第1の溝202に直交する複数の分離溝206を先端の断面形状が矩形のダイヤモンドブレード51を用いて形成して第1の溝202に直交する複数の第2のコア20Bを形成する。
次に、図6(e1)、(e2)に示すように、溝206にクラッド層201A,201Bと同一の材料のクラッド材207を充填し硬化させる。
これにより、図1に示す光導波路2の下側部分が形成される。前述した様に、光導波路2の上側部分を形成し、光導波路2の下側部分と上側部分とを貼り合わせることにより光導波路2を製造する。
なお、図1に示す光導波路2の下側部分を前述した様に形成した後、光導波路2の下側部分の上に第2のコア層及び第3のクラッド層を形成し、前述したように第1及び第2の溝を形成し、第1及び第2の溝の傾斜面に金属膜を形成し、分離溝による第1のコア20Aを形成してもよい。
(光導波路型タッチパネルの動作)
次に、光導波路型タッチパネル1の動作を図1〜図8を参照して説明する。
図7は、押圧状態の光導波路型タッチパネル1の平面図、図8(a)、(b)は、図7の押圧位置における光導波路型タッチパネル1の要部断面図である。
制御部10は、記憶部12に記憶されている画像データに基づいてパネル駆動部13を制御する。パネル駆動部13は、画像データに応じた駆動信号を液晶パネル30に送信するとともにバックライト31を点灯させる。液晶パネル30は、バックライト31が発する光を受けて画像を表示する。
バックライト31が発する光は、図3及び図4に示すように、遮光板32の開口32aを透過し、第1及び第2の反射面22A,22Bで反射し、第1及び第2のコア20A,20Bを伝播する。第1及び第2のコア20A,20Bを伝播した光は、第1及び第2の受光素子4A,4Bに入射する。第1及び第2の受光素子4A,4Bは、受光した光量に応じたレベルの電気信号を第1及び第2の位置検出部11A,11Bに出力する。押圧していない箇所のコア20A,20Bを伝播する光を受光した受光素子4A,4Bは、閾値以上のレベルの電気信号を出力する。
また、バックライト31からの光は、拡散光であるため、図3及び図4に示すように、第1及び第2の反射面22A,22Bで反射した光のうち一部の光が、第1及び第2のコア20A,20Bを外れてクラッド21を伝播するが、その光は第3及び第4の反射面23A,23Bで上方に反射される。従って、クラッド21を伝播する光が受光素子4A,4Bに入射してノイズとなるのを防ぐことができる。
光導波路2は、柔軟性を有しているため、図7に示すように、指又はペン等で光導波路2の表面2aを部分的に押圧すると、図8(a),(b)に示すように、押圧した箇所の第1及び第2のコア20A,20Bは、変形する。第1及び第2のコア20A,20Bを伝播する光は、第1及び第2のコア20A,20Bが変形することで、押圧箇所での光閉じ込めが不十分となってコア20A,20Bの外へ漏出する。押圧された箇所のコア20A,20Bを伝播する光を受光した受光素子4A,4Bは、閾値未満のレベルの電気信号を出力する。
第1及び第2の位置検出部11A,11Bは、閾値未満のレベルの電気信号を受信した第1及び第2の受光素子4A,4Bに基づいて対応するコア20A,20Bの位置を検出し、その位置検出信号を制御部10に出力する。制御部10は、第1及び第2の座標検出部11A,11Bからの位置検出信号に基づいて、表面2aの押圧位置を検出し、押圧位置に対応した動作を行う。
以下、本発明を実施例を挙げてさらに具体的に説明する。但し、これら実施例は、本発明を制限するものではない。
まず、ガラス基板上に紫外線硬化型エポキシ系樹脂(屈折率1.587)をスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して硬化させ、厚さ30μmの第1のクラッド層201Aを形成する。
次に、第1のクラッド層201Aの上に紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.590)をスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して硬化させ、厚さ50μmのコア層200を積層する。
次に、コア層200の上に紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.587)をスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して硬化させ、厚さ30μmの第2のクラッド層201Bを積層して、総厚110μmの3層シートを作製する。
次に、粒度5000番のダイヤモンド砥粒を用いた先端角45°のダイシングブレード((株)ディスコ製)50をダイシングソー((株)ディスコ製DAD321)に取り付ける。ダイシングソーには、3層シートがダイシングテープにより貼り付け固定されてある。
そして先端角45°のダイシングブレード50を3層シートの最表面から80μmの深さまで下ろし、3層シートの1辺付近の第2のクラッド層201B及びコア層200を研削除去加工を行って第1の溝202を形成する。
次に、ダイシングブレード50を傾斜面が形成された方向へ120μm移動させ、3層シートの最表面から30μmの深さまで下ろし、3層シートの第2のクラッド層201Bを、先ほど研削除去した第1の溝202と平行に研削除去加工を行って第2の溝203を形成する。
次に、幅180μmの開口を設けたマスクを、開口から研削除去加工された2つの傾斜面が露出するようにして、3層シートに貼り付け、蒸着成膜装置に取り付ける。その蒸着成膜装置に銀合金材(三菱マテリアル社製37番)を取り付け、蒸着成膜装置を稼動させて厚さ0.1μmの銀合からなる金膜204,205を2つの傾斜面に成膜する。
次に、粒度3000番のダイヤモンド砥粒を用いた先端の断面形状が矩形の幅200μmのダイシングブレード51をダイシングソーに取り付ける。そしてダイシングブレード51を3層シートの最表面から80μmの深さまで下ろし、既に形成された2つの傾斜面に直交する方向に研削除去加工を行って分離溝206を形成する。加工方向全体にその研削除去加工を行った後、ダイヤモンドブレード51を250μm移動させ、平行に研削除去加工を行うことで、断面が50μm×50μmの第2のコア20Bを250μm間隔のアレイ状に作製する。
次に、研削除去加工した分離溝206及び銀合金を成膜した2つの溝202,203にクラッド用の紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.587)を充填し、紫外線を照射して硬化させる。
次に、コア用の紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.590)を前回同様に成膜・硬化させ、厚さ50μmのコア層を積層する。次に、クラッド用紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.587)を前回同様に成膜・硬化させ、厚さ30μmのクラッド層を積層して、総厚190μmのシートを作製する。
次に、粒度5000番のダイヤモンド砥粒を用いた先端角45°のダイシングブレード((株)ディスコ製)50をダイシングソー((株)ディスコ製DAD321)に取り付ける。ダイシングソーには、総厚190μmの5層シートがダイシングテープにより貼り付け固定されてある。
そして先端角45°のダイシングブレード50を5層シートの最表面から80μmの深さまで下ろし、前回作製した傾斜面と直交する方向で、5層シートの1辺付近の上部クラッド層及びコア層を研削除去加工を行って第1の溝を形成する。
次に、ダイシングブレード50を傾斜面が形成された方向へ120μm移動させ、5層シートの最表面から30μmの深さまで下ろし、5層シートの1辺の上部クラッド層を、先ほど研削除去した第1の溝と平行に研削除去加工を行って第2の溝を形成する。
次に、幅180μmの開口を設けたマスクを、開口から研削除去加工された2つの傾斜面が露出するようにして、5層シートに貼り付け、蒸着製膜装置に取付ける。その蒸着成膜装置には、銀合金材(三菱マテリアル社製37番)を取り付け、蒸着成膜装置を稼動させて厚さ0.1μmの銀合からなる金膜を2つの傾斜面に成膜する。
次に、粒度3000番のダイヤモンド砥粒を用いた先端の断面形状が矩形の幅200μmのダイシングブレード51をダイシングソーに取り付ける。そしてダイシングブレード51を5層シートの最表面から80μmの深さまで下ろし、既に形成された2つの傾斜面に直交する方向に研削除去加工って分離溝を形成する。加工方向全体にその研削除去加工を行った後、ダイヤモンドブレードを250μm移動させ、平行に研削除去加工を行うことで、断面が50μm×50μmの第1のコア20Aが250μm間隔のアレイ状に作製される。このアレイ状の第1のコア20Aは前回作製した第2のコア20Bと上面から見て交差する方向に配設されている。
次に、研削除去加工した分離溝及び銀合金を成膜した2つの溝にクラッド用の紫外線硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.587)を充填し、紫外線を照射して硬化させる。そしてガラス基板を剥がして、タッチパネル用光導波路が作製された。このタッチパネル用光導波路の硬度は、Hs40であった。
次に、液晶パネル30の画像表示範囲外の2辺側に、タッチパネル用導波路の銀合金が形成された傾斜面に対向する位置に複数の開口32aを有する遮光板32が形成されたディスプレイ3を用意する。
遮光板32の開口32aの位置とコアに銀合金で形成された傾斜面の位置を表面2aの法線方向で一致させて貼り合わせる。
次に、コア20A,20Bの銀合金で形成された傾斜面と反対側の端部にそれぞれ受光素子(京セミ製InGaAsフォトダイオード;受光径50μm)4A,4Bの受光面を取り付ける。
ディスプレイ3のバックライト31から発せられる光が受光素子4A,4Bで検出されるようになり、ディスプレイ3に貼り付けた光導波路2を1MPaで押圧したところ、押圧したコア20A,20Bの挿入損失が2dB増加したことを検知できた。その挿入損失を検知した受光素子4A,4Bから、タッチパネルの押圧位置を検出できる。
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができ、各実施の形態の構成要素を省略することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る光導波路型タッチパネルの概略の構成を示す斜視図である。 図2は、光導波路型タッチパネルの平面図である。 図3は、図2のA−A線断面図である。 図4は、図2のB−B線断面図である。 図5は、光導波路型タッチパネルの制御系を示すブロック図である。 図6は、光導波路2の製造工程の一例を示し、(a1)〜(e1)は、平面図、(a2)〜(c2)は、(a1)〜(c1)のC−C線断面図、(d2)及び(e2)は、(d1)及び(e1)のD−D線断面図である。 図7は、押圧状態の光導波路型タッチパネルの平面図である。 図8(a)、(b)は、図7の押圧位置における光導波路型タッチパネルの要部断面図である。
符号の説明
1…光導波路型タッチパネル、2…光導波路、2a…押圧される面(表面)、2b…裏面、2c…一方の辺、3…ディスプレイ、4A…第1の受光素子、4B…第2の受光素子、10…制御部、11A…第1の位置検出部、11B…第2の位置検出部、12…記憶部、13…パネル駆動部、20A…第1のコア、20B…第2のコア、21…クラッド、22A…第1の反射面、22B…第2の反射面、23A…第3の反射面、22B…第4の反射面、24,25…金属膜、30…液晶パネル、31…バックライト、32…遮光板、32a…開口、50,51…ダイヤモンドブレード、200…コア層、201A…第1のクラッド層、201B…第2のクラッド層、202…第1の溝、203…第2の溝、204,205…金属膜、206…分離溝、207…クラッド材

Claims (4)

  1. 押圧される面を有する板状のクラッドと、前記クラッド内に設けられた複数の第1のコアと、前記クラッド内の前記第1のコアとは異なる層に、前記押圧される面から見て前記第1のコアと交差するように設けられた複数の第2のコアと、
    前記複数の第1のコアのそれぞれの一方の端部に設けられ、前記クラッドの前記押圧される面と反対の面側から照射された光を反射して前記第1のコアを伝播させる第1の反射面と、
    前記複数の第2のコアのそれぞれの一方の端部に設けられ、前記クラッドの前記押圧される面と反対の面側から照射された光を反射して前記第2のコアを伝播させる第2の反射面と、
    前記第1の反射面で反射した光のうち、前記第1のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第1のコアの軸方向と異なる方向に反射する第3の反射面と、
    前記第2の反射面で反射した光のうち、前記第2のコアを外れて前記クラッドを伝播する光を前記第2コアの軸方向と異なる方向に反射する第4の反射面と、
    を備えた光導波路。
  2. 硬度Hsが40以下で、開口数が0.01〜0.2である請求項1に記載の光導波路。
  3. 押圧される面を有する板状のクラッドと、前記クラッド内に設けられた複数の第1のコアと、前記クラッド内の前記第1のコアとは異なる層に、前記押圧される面から見て前記第1のコアと交差するように設けられた複数の第2のコアとを有する光導波路と、
    前記光導波路の前記押圧される面と反対の面側に配置された液晶パネルと、
    前記液晶パネルを介して前記光導波路に光を照射する光源と、
    前記光導波路の前記複数の第1及び第2のコアの一方の端部側にそれぞれ配置された複
    数の第1及び第2の受光素子と、
    前記複数の第1のコアの他方の端部に設けられ、前記光源からの光を反射して前記複数
    の第1のコアを伝播させて前記複数の第1の受光素子に入射させる第1の反射面と、
    前記複数の第2のコアの他方の端部に設けられ、前記光源からの光を反射して前記複数
    の第2のコアを伝播させて前記複数の第2の受光素子に入射させる第2の反射面と、
    前記第1の反射面で反射した光のうち、前記第1のコアを外れて前記クラッドを伝播す
    る光を前記第1のコアの軸方向と異なる方向に反射する第3の反射面と、
    前記第2の反射面で反射した光のうち、前記第2のコアを外れて前記クラッドを伝播す
    る光を前記第2コアの軸方向と異なる方向に反射する第4の反射面と、
    前記複数の第1及び第2の受光素子の出力信号に基づいて、前記光導波路の前記押圧さ
    れる面への部分的な押圧によって前記第1及び第2のコアの変形した位置を検出する検出
    部と、
    を備えた光導波路型タッチパネル。
  4. 前記光導波路の硬度Hsが40以下で、開口数が0.01〜0.2である請求項3に記載の光導波路型タッチパネル。
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